Способ получения резиново-фторопластового комбинированного уплотнения

Заявленное изобретение относится к способу изготовления резинотехнических изделий, а именно к способу получения комбинированных резиново-фторопластовых уплотнений для изготовления манжет различной конфигурации. Техническим результатом заявленного способа является повышение производительности процесса получения комбинированного уплотнения, снижение материалоемкости по фторполимерной составляющей изделия и обеспечение возможности использования резин общего назначения для вулканизованного сердечника. Технический результат достигается путем реализации способа получения резиново-фторопластового комбинированного уплотнения, включающего обкладку сердечника из вулканизованной резины термопластичным фторполимером путем расплавления последнего в процессе термообработки и последующего охлаждения в пресс-форме. При этом фторполимер используют в виде экструдированного профиля, который отрезают по длине и разрезают с одной стороны в продольном сечении. Затем в него укладывают сердечник из вулканизованной резины, помещают заготовку в нагретую пресс-форму, температура которой на 30-40°С выше температуры плавления фторполимера, и выдерживают в течение 0,3-0,6 мин без избыточного давления. Охлаждение и окончательное формование изделия осуществляют между холодными плитами пресса при давлении 30-40 кгс/см² в течение 4-6 мин.

 

Изобретение относится к промышленности пластмасс и резинотехнических изделий. Предлагаемое техническое решение касается разработки способа получения комбинированных резиново-пластмассовых уплотнений и может быть использовано для изготовления манжет различной конфигурации, эксплуатирующихся при высоких температурах и воздействии «жестких» агрессивных сред.

Известен способ изготовления комбинированной уплотнительной манжеты из фторопластовой оболочки с резиновым сердечником путем формования оболочки, заполнения ее сырой резиновой смесью и вулканизации в разъемной пресс-форме с кольцевыми выступами (А.с. СССР №314656).

Недостатками данного способа являются низкая производительность процесса и его нетехнологичность.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения комбинированного уплотнения, включающий обкладку полимерного сердечника листами из термопластичного фторполимера с последующим термопрессованием. При этом используют сердечник из заранее вулканизованной резины, а термопрессование оболочки проводят при температуре на 10-20°С выше температуры плавления фторполимера в течение 3-5 мин с последующим охлаждением в течение 20-30 мин (А.С. СССР №891704).

Способ-прототип отличается сравнительной технологичностью и позволяет получать уплотнения с высокой герметизирующей способностью. Однако цикл изготовления одного изделия по операциям составляет 25-35 мин, что свидетельствует о недостаточной производительности способа. Кроме того, фторполимерную оболочку формуют из листового материала, большая часть которого не идет непосредственно на обкладку сердечника. Следовательно, высок удельный вес дорогостоящего фторполимера, используемого не по функциональному назначению. К недостаткам следует отнести и то, что в качестве вулканизованного резинового сердечника надлежит использовать только резины на основе термостойкого фторкаучука. При применении других резин существует опасность термодеструкции сердечника в температурно-временных условиях формования оболочки (300°С, 25 мин), что ограничивает возможности способа.

В проанализированных источниках 1 и 2 основное внимание уделяется предотвращению утонения фторполимерной оболочки, повышению ее герметичности и предлагается вариант упрощения способа получения уплотнения. Вместе с тем, эти решения не обеспечивают необходимой производительности процесса, снижения его материалоемкости и инвариантности в части использования вулканизованных резин для сердечника.

Технической задачей, реализуемой с помощью предлагаемого способа, является повышение производительности процесса получения комбинированного уплотнения, снижение материалоемкости по фторполимерной составляющей изделия и обеспечение возможности использования резин общего назначения для вулканизованного сердечника.

Поставленная техническая задача достигается путем реализации способа получения резиново-фторопластового комбинированного уплотнения, включающего обкладку сердечника из вулканизованной резины термопластичным фторполимером путем расплавления последнего в процессе термообработки и последующего охлаждения в пресс-форме. При этом фторполимер используют в виде экструдированного профиля, который отрезают по длине и разрезают с одной стороны в продольном сечении, укладывают в него сердечник из вулканизованной резины, помещают заготовку в нагретую пресс-форму, температура которой на 30-40°С выше температуры плавления фторполимера, выдерживают в течение 0,3-0,6 мин без избыточного давления, а охлаждение и окончательное формование изделия осуществляют между холодными плитами пресса при давлении 30-40 кгс/см² в течение 4-6 мин.

Проведенный анализ техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а определяемые из перечня аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Во-первых, в отличие от наиболее близкого аналога, для формования оболочки комбинированного уплотнения используют не листы из термопластичного фторполимера, а экструдированный профиль требуемой геометрической формы. В зависимости от типоразмера изготавливаемого уплотнения профиль подбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимую толщину «стенки» оболочки, ее полноценную монолитность на стыках и на поверхности сердечника, а также минимизировать расход фторполимерного материала при реализации цикла расплавление - формование - охлаждение в пресс-форме. Профиль отрезают по длине и разрезают с одной стороны в продольном сечении для укладки в него вулканизованного резинового сердечника. Благодаря этому возможно достижение технического результата в части снижения материалоемкости по фторполимерной составляющей изделия.

Во-вторых, в заявляемом способе процесс расплавления термопластичного фторполимера осуществляют не в гидравлическом прессе, а в предварительно нагретой в термошкафу пресс-форме без применения избыточного давления. При этом температура составных частей пресс-формы на 30-40°С выше, чем температура плавления фторполимера. Собранную заготовку резиновый сердечник - фторполимерный профиль помещают в одну из частей оснастки, быстро собирают пресс-форму и выдерживают в течение 0,3-0,6 мин. За это время фторполимер успевает переходить из кристаллического состояния в состояние расплава, что обусловливает возможность проведения окончательной технологической операции - охлаждение и формование изделия. Отличительной особенностью способа является то, что ее проводят между холодными плитами пресса при давлении 30-40 кгс/см² за 4-6 мин. Ввиду интенсивной теплоотдачи от поверхности пресс-формы к поверхности холодных плит происходит сравнительно быстрое охлаждение расплава фторполимера и выравнивание градиента температур по объему пресс-формы вместе с изделием. Цикл изготовления резиново-фторполимерного уплотнения по предлагаемому способу составляет 4,3-6,6 мин, что определяет повышение производительности процесса получения комбинированного уплотнения.

В-третьих, время контакта вулканизованного резинового сердечника с нагретыми элементами пресс-формы и, непосредственно, с расплавом фторполимера невелико. Поэтому снижается вероятность протекания термодеструктивных процессов в резиновом вулканизате. Это, в свою очередь, обусловливает достижение технического результата с точки зрения возможности использования нетермостойких резин (например, на основе каучуков общего назначения) при изготовлении материала сердечника.

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Получение резиново-фторопластового уплотнения О-образной формы (кольцо круглого сечения 066-072-36 по ГОСТ 9833-73).

В качестве вулканизованного резинового сердечника применяют кольцо, изготовленное из резиновой смеси на основе термостойкого каучука марки СКФ-32 методом компрессионного формования. Внутренний диаметр кольца составляет 64,9 мм, а диаметр сечения 2,8 мм. Материал сердечника имеет следующие свойства: условная прочность при разрыве 12,7 МПа; относительное удлинение при разрыве 180%; твердость 70 усл. ед. по Шор А; эластичность по отскоку 45%.

Фторполимерной составляющей для оболочки является профиль из фторопласта марки Ф-4МБ, который представляет собой трубку, изготовленную методом экструзии, с наружным диаметром 3,6 мм и толщиной стенки 0,4 мм. Профиль отрезают по длине окружности резинового сердечника со стыковым запасом около 2 мм. Затем профиль разрезают с одной стороны в продольном сечении и укладывают в него вулканизованный резиновый сердечник с целью получения заготовки.

Для изготовления комбинированного уплотнения используют разъемную пресс-форму из нержавеющей стали, имеющую идентичные нижнюю и верхнюю части. Обе части пресс-формы разогревают в термошкафу при температуре 310-320°С. После ее разогрева из термошкафа извлекают одну часть формы, в которую укладывают заготовку. Затем достают вторую часть и быстро собирают пресс-форму. Заготовку уплотнения выдерживают в сомкнутых частях формы в течение 0,3 мин без приложения избыточного давления. Затем форму помещают в пресс между холодными плитами и охлаждают под давлением 30 кгс/см². Через 4 мин давление сбрасывают. Форму извлекают из пресса и размыкают. Полученное уплотнение имеет внутренний диаметр 64,5 мм, диаметр сечения составляет 3,6 мм. Толщина фторопластовой оболочки составляет 0,4±0,01 мм.

Герметичность комбинированного уплотнения проверяют методом набухания при 70°С и давлении 20 кгс/см² в течение 3 ч в среде бензола и циклогексанона. Уплотнение считается выдержавшим испытание, если после воздействия растворителей его внешний вид и вес не изменяются. Изготовленное уплотнение является герметичным.

Пример 2.

Изготавливают и испытывают комбинированное уплотнение аналогично примеру 1, но в качестве резинового сердечника используют кольцо из смеси на основе полиизопренового каучука марки СКИ-3, вулканизаты которого не являются термостойкими. Исходно материал сердечника характеризуется следующими свойствами: условная прочность при разрыве 19,2 МПа; относительное удлинение при разрыве 620%; твердость 54 усл. ед. по Шор А; эластичность по отскоку 63%.

После контакта с горячими составляющими пресс-формы и с расплавом фторопласта Ф-4МБ в условиях заявляемого способа получения комбинированного уплотнения резиновый сердечник характеризуется: условной прочностью при разрыве 18,7 МПа; относительным удлинением при разрыве 635%; твердостью 52 усл. ед. по Шор А и эластичностью по отскоку 61%. Изготовленное уплотнение герметично.

Пример 3.

Изготавливают и испытывают комбинированное уплотнение аналогично примерам 1 и 2, но в качестве резинового сердечника используют кольцо из бутадиеннитрильного каучука марки БНК-18 (резиновая смесь 7-В14). Исходно материал сердечника отличается следующими свойствами: условная прочность при разрыве 7,3 МПа; относительное удлинение при разрыве 420%; твердость 65 усл. ед. по Шор А; эластичность по отскоку 51%.

После нанесения фторопластовой оболочки в соответствии с технологическими операциями заявляемого способа резиновый сердечник характеризуется: условной прочностью при разрыве 7,0 МПа; относительным удлинением при разрыве 430%; твердостью 68 усл. ед. по Шор А и эластичностью по отскоку 49%. Изготовленное уплотнение герметично.

Пример 4. Получение резиново-фторопластового уплотнения U-образной формы (шевронная манжета М 180*200-2 по ГОСТ 22704-77).

Для получения комбинированного уплотнения используют разъемную форму из нержавеющей стали, имеющую конфигурацию пресс-формы для изготовления шевронных манжет из резины в вулканизационном прессе.

Методом компрессионного формования изготавливают резиновый сердечник из смеси на основе фторкаучука марки СКФ-32 в виде кольца U-образной формы с внутренним диаметром 180,4 мм и наружным диаметром - 199,6 мм. Высота кольца на 0,8 мм меньше высоты стандартного изделия. Резиновый сердечник укладывают в отрезанный по длине и разрезанный в продольном сечении профиль из фторопласта Ф-4МБ. Профиль представляет собой U-образную трубку, изготовленную методом экструзии, с наружным размером, соответствующим размеру сечения готовой стандартной шевронной манжеты с толщиной стенки 0,4 мм. Составные части пресс-формы разогревают в термошкафу при температуре 310-320°С. После разогрева из термошкафа извлекают одну часть формы, в которую укладывают собранную заготовку уплотнения. Затем достают вторую часть и быстро собирают пресс-форму. Заготовку кольца выдерживают в сомкнутых частях формы в течение 0,6 мин без приложения избыточного давления. Затем форму помещают в пресс между холодными плитами и охлаждают под давлением 40 кгс/см². Через 6 мин давление сбрасывают. Форму извлекают из пресса и размыкают. Полученное уплотнение имеет внутренний диаметр 180 мм, наружный диаметр - 200 мм. Толщина фторопластовой оболочки составляет 0,4±0,01 мм.

Уплотнение тестируют в соответствии с примером 1. Изготовленная резиново-фторопластовая манжета является герметичной. Свойства материала сердечника аналогичны показателям по примеру 1.

Таким образом, при реализации заявляемого способа обеспечивается технический результат в части существенного сокращения времени получения комбинированного резиново-фторопластового уплотнения и, соответственно, повышения производительности процесса. Применение готового профиля определенной конфигурации способствует уменьшению материалоемкости по фторполимерной составляющей изделия. Примеры 2 и 3 иллюстрируют возможность использования нетермостойких резин для вулканизованного сердечника, так как вулканизат не подвергается термодеструкции при получении уплотнения, что подтверждается сохранением уровня его свойств. В примере 4 показано, что предлагаемым способом можно получать комбинированные уплотнения различных конфигураций и сечений, которые предназначены для работы в контакте с агрессивными средами при высоких температурах и давлении. Области применения - насосы, клапаны, смесители, фитинги, ответственные уплотнения трубопроводов и т.п. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

В связи с вышеизложенным, просим провести экспертизу на возможность выдачи патента РФ на имя ООО «Константа-2».

Способ получения резиново-фторопластового комбинированного уплотнения, включающий обкладку сердечника из вулканизованной резины термопластичным фторполимером путем расплавления последнего в процессе термообработки и последующего охлаждения в пресс-форме, отличающийся тем, что фторполимер используют в виде экструдированного профиля, который отрезают по длине и разрезают с одной стороны в продольном сечении, укладывают в него сердечник из вулканизованной резины, помещают заготовку в нагретую пресс-форму, температура которой на 30-40°С выше температуры плавления фторполимера, выдерживают в течение 0,3-0,6 мин без избыточного давления, а охлаждение и окончательное формование изделия осуществляют между холодными плитами пресса при давлении 30-40 кгс/см² в течение 4-6 мин.